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深入淺出的學(xué)習(xí)Java ThreadLocal

 更新時間:2017年02月14日 09:41:13   作者:DemonWang  
本文會基于實際場景介紹ThreadLocal如何使用以及內(nèi)部實現(xiàn)機(jī)制。 具有很好的參考價值,下面跟著小編一起來看下吧

前言

ThreadLocal為變量在每個線程中都創(chuàng)建了一個副本,所以每個線程可以訪問自己內(nèi)部的副本變量,不同線程之間不會互相干擾。本文會基于實際場景介紹ThreadLocal如何使用以及內(nèi)部實現(xiàn)機(jī)制。

應(yīng)用場景

Parameter對象的數(shù)據(jù)需要在多個模塊中使用,如果采用參數(shù)傳遞的方式,顯然會增加模塊之間的耦合性。先看看用ThreadLocal是如何實現(xiàn)模塊間共享數(shù)據(jù)的。

class Parameter {
 private static ThreadLocal<Parameter> _parameter= new ThreadLocal<>();
 public static Parameter init() {
 _parameter.set(new Parameter());
 }
 public static Parameter get() {
 _parameter.get();
 }
 ...省略變量聲明
}
  1. 在模塊A中通過Parameter.init初始化。
  2. 在模塊B或模塊C中通過Parameter.get方法可以獲得同一線程中模塊A已經(jīng)初始化的Parameter對象。

實現(xiàn)原理

從線程Thread的角度來看,每個線程內(nèi)部都會持有一個對ThreadLocalMap實例的引用,ThreadLocalMap實例相當(dāng)于線程的局部變量空間,存儲著線程各自的數(shù)據(jù),具體如下:

 

Entry

Entry繼承自WeakReference類,是存儲線程私有變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。ThreadLocal實例作為引用,意味著如果ThreadLocal實例為null,就可以從table中刪除對應(yīng)的Entry。

class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
 Object value;
 Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
 super(k);
 value = v;
 }
}

ThreadLocalMap

內(nèi)部使用table數(shù)組存儲Entry,默認(rèn)大小INITIAL_CAPACITY(16),先介紹幾個參數(shù):

  • size:table中元素的數(shù)量。
  • threshold:table大小的2/3,當(dāng)size >= threshold時,遍歷table并刪除key為null的元素,如果刪除后size >= threshold*3/4時,需要對table進(jìn)行擴(kuò)容。

ThreadLocal.set() 實現(xiàn)

public void set(T value) {
 Thread t = Thread.currentThread();
 ThreadLocalMap map = getMap(t);
 if (map != null)
 map.set(this, value);
 else
 createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
 return t.threadLocals;
}

從上面代碼中看出來:

  1. 從當(dāng)前線程Thread中獲取ThreadLocalMap實例。
  2. ThreadLocal實例和value封裝成Entry。

接下去看看Entry存入table數(shù)組如何實現(xiàn)的:

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
 Entry[] tab = table;
 int len = tab.length;
 int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
 for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
 ThreadLocal<?> k = e.get();
 if (k == key) {
 e.value = value;
 return;
 }
 if (k == null) {
 replaceStaleEntry(key, value, i);
 return;
 }
 }
 tab[i] = new Entry(key, value);
 int sz = ++size;
 if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
 rehash();
}

1.通過ThreadLocal的nextHashCode方法生成hash值。

private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
private static int nextHashCode() { 
 return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

從nextHashCode方法可以看出,ThreadLocal每實例化一次,其hash值就原子增加HASH_INCREMENT。

2.通過 hash & (len -1) 定位到table的位置i,假設(shè)table中i位置的元素為f。

3.如果f != null,假設(shè)f中的引用為k:

  • 如果k和當(dāng)前ThreadLocal實例一致,則修改value值,返回。
  • 如果k為null,說明這個f已經(jīng)是stale(陳舊的)的元素。調(diào)用replaceStaleEntry方法刪除table中所有陳舊的元素(即entry的引用為null)并插入新元素,返回。
  • 否則通過nextIndex方法找到下一個元素f,繼續(xù)進(jìn)行步驟3。

4.如果f == null,則把Entry加入到table的i位置中。

5.通過cleanSomeSlots刪除陳舊的元素,如果table中沒有元素刪除,需判斷當(dāng)前情況下是否要進(jìn)行擴(kuò)容。

table擴(kuò)容

如果table中的元素數(shù)量達(dá)到閾值threshold的3/4,會進(jìn)行擴(kuò)容操作,過程很簡單:

private void resize() {
 Entry[] oldTab = table;
 int oldLen = oldTab.length;
 int newLen = oldLen * 2;
 Entry[] newTab = new Entry[newLen];
 int count = 0;
 for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
 Entry e = oldTab[j];
 if (e != null) {
 ThreadLocal<?> k = e.get();
 if (k == null) {
 e.value = null; // Help the GC
 } else {
 int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
 while (newTab[h] != null)
 h = nextIndex(h, newLen);
 newTab[h] = e;
 count++;
 }
 }
 }
 setThreshold(newLen);
 size = count;
 table = newTab;
}
  1. 新建新的數(shù)組newTab,大小為原來的2倍。
  2. 復(fù)制table的元素到newTab,忽略陳舊的元素,假設(shè)table中的元素e需要復(fù)制到newTab的i位置,如果i位置存在元素,則找下一個空位置進(jìn)行插入。

ThreadLocal.get() 實現(xiàn)

public T get() {
 Thread t = Thread.currentThread();
 ThreadLocalMap map = getMap(t);
 if (map != null) {
 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
 if (e != null) {
 @SuppressWarnings("unchecked")
 T result = (T)e.value;
 return result;
 }
 }
 return setInitialValue();
}
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
 int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
 Entry e = table[i];
 if (e != null && e.get() == key)
 return e;
 else
 return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}

獲取當(dāng)前的線程的threadLocals。

  1. 如果threadLocals不為null,則通過ThreadLocalMap.getEntry方法找到對應(yīng)的entry,如果其引用和當(dāng)前key一致,則直接返回,否則在table剩下的元素中繼續(xù)匹配。
  2. 如果threadLocals為null,則通過setInitialValue方法初始化,并返回。
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
 Entry[] tab = table;
 int len = tab.length;
 while (e != null) {
 ThreadLocal<?> k = e.get();
 if (k == key)
 return e;
 if (k == null)
 expungeStaleEntry(i);
 else
 i = nextIndex(i, len);
 e = tab[i];
 }
 return null;
}

總結(jié)

希望通過本文的介紹,大家可以對ThreadLocal有一個更加直觀清晰的認(rèn)識。

以上就是本文的全部內(nèi)容,希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來一定的幫助,同時也希望多多支持腳本之家!

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